城际铁路深基坑围护结构含较长空桩钻孔灌注桩施工技术

刘宝

城际铁路深基坑围护结构含较长空桩钻孔灌注桩施工技术

刘宝

本文针对城际铁路深基坑中二级基坑围护结构采用钻孔灌注桩形式含较长空桩、桩间距较小、连续作业困难的情况，通过对护壁泥浆进行分析，采取合理措施使施工作业连续进行并确保了钻孔桩的施工质量。

一、工程概况

莞惠城际铁路云山西路至客运北站区间采用明挖法施工，区间沿惠州大道由南向北布置，线路分正线区间（一级基坑）及走行线区间（二级基坑），走行线与正线并行下穿惠州大道，在GDK104+100处接走行线暗挖区间去往车辆段。其中走行线围护结构采用钻孔灌注桩+旋喷桩止水帷幕，共计418根桩，空桩均长13.5m。工程所处地层主要为：素填土、粉质粘土、砂层、含砾砂岩。

二、施工中存在问题

1.本工程为上下两层基坑，一级基坑包裹二级基坑形式，一基坑支撑形式为两层混凝土支撑形式间距9m，且第二道支撑高度距一级基坑底仅为6米，在6米净高范围内目前可施工钻孔桩的机械较少，即使可施工，工期也非常缓慢，造成一级基坑无法及时封闭，增加基坑的暴露时间，风险大，必须同期施工一、二级基坑钻孔桩。

2.二级基坑平均空桩长度13.5m，桩的定位及垂直不易控制，钻进过程中如出现问题，更正较困难；桩体为排桩形式，连续作业情况下在空桩范围内的桩间土将全部被去除形成一段槽，槽段内任意空桩范围内的坍塌都将影响到其余桩位的施工。

3.桩基施工地层中含有砂层易塌孔，需做好泥浆浓度控制，即使混凝土灌注完毕后仍需长时间保持空桩范围内泥浆浓度稳定并合理安排好施工作业顺序以减少机械在此范围内的扰动，确保空桩范围内长时间不坍塌。

三、采取的施工措施

1.增加导墙

导墙施工一般用于地下连续墙及咬合桩的施工中，钻孔灌注桩施工一般采用钢护筒形式，导墙的作用有：（1）给成槽机成槽提供导向；（2）储存泥浆和防止槽口坍塌；（3）作为施工时水平与垂直测量的基准；（4）为钢筋笼安放、混凝土导管安置、成槽机提供标定。此处添加导墙主要因大范围空桩的存在，导致钢护筒无法固定，桩基施工完成后护筒需拔除影响地表土的稳定，所以添加导墙，目的主要为：精确定位，防止孔口地表土坍塌，桩基施工机械可反复在此范围施工直到将此处桩位全部施工完毕。

2.合理安排桩位施工顺序

此处桩位施工顺序安排必须考虑两个因素：总体施工时间要短、扰动次数要少，经研究后决定采取“隔三打一”的施工顺序，即：先施工1、5、9，再施工3、7，最后施工2、4、6、8，三个循环完成所有桩位施工。

3.空桩处理

按以往经验空桩均采用回填措施，或回填时掺加水泥或外加剂的形式确保回填密实度。在此处工程，由于回填等待时间太长，需等到回填完全密实达到二次扰动时不坍塌，因此此处施工时空桩范围不采用回填，泥浆均存于孔内，待临桩施工前采用泥浆泵将原桩孔内二次循环，保持原桩内的泥浆护壁作用，再进行临桩施工。

4.桩定位及垂直度控制

桩基定位，采用测量放点与桩中心，引十字丝于导墙上基坑，施工中多次量测即可，桩基采用旋挖机进行作业，首先确保机械所在地面为水平面，确保垂直度。

5.泥浆控制

钻孔灌注桩所使用泥浆具有一定重度，泥浆在孔内对孔壁产生一定的静水压力，可抵抗作用在孔壁上的地层水土压力，相当于基坑内的内支撑，起到保护孔壁防止孔壁坍塌脱落的作用，施工中泥浆比重越大，孔内稳定性越好，比重小则孔壁支撑力小易失稳，但泥浆比重过大由影响孔底清底及混凝土灌注，因此泥浆选择方面需综合考虑孔内稳定及施工因素。

区间部分桩基在8m至16m间存在砂层，砂层为整段土层中最易发生坍塌地层，在钻进过程中，孔壁主要受力为：孔内泥浆压力P1，地层压力P2，孔内因拱作用产生的支撑力P3，孔壁土侧压力P4（郎肯主动土压力），地表荷载产生的压力P5，地下水的渗透力F1，孔内水向孔壁渗流的渗透力F2，使孔壁稳定的前提条件为：

由土力学圆孔稳定原理得出，使孔壁稳定所需的支护应力为：

式中∶ σ0——组织孔壁坍塌所需的支护应力，KN/ m2；

γa——孔壁土密度

R——钻孔半径

mo——与2H/d及土的内摩擦角有关的参数

H——钻孔深度

由以上公式得：

P1-P2为静水压力，当静水压力大于所需的支护应力与地面荷载侧压力之和，孔壁就稳定，小于时孔壁就会失稳坍塌。地面荷载产生的侧压力，根据郎肯主动土压力理论有：P5=qtg2（45o-θ/2），一般q=15～20KN/m2。

在16m处，2H/d=32/1=32，砂层内摩擦角θ=25度（设计给出），得出σ0=0.5γadmo=9.5kPa，P5=（15～20）*tg2（45-25/2）=6.09～8.12，所以理论定出的要使孔壁稳定所需的支护力至少为15.59～17.65kPa。

孔内充满泥浆时，孔壁上作用的泥浆静水压力P1=0.5γmH2及孔壁地层土压力P2=0.5γH2tg2（45oθ/2）-2cH tg2（45o-θ/2），式中γ为土体容重，c为土体凝聚力(砂层为0)，据上述得出泥浆重度γm，考虑成孔的安全系数1.5，得泥浆比重控制在1.8～1.21之间（尽量取大值），此次采用的泥浆由水、粘性土、少部分膨润土及添加剂（CMC）构成。

四、施工中控制

桩基钻进过程中需多次测试泥浆比重，由于空桩长度长且影响临桩施工，在单桩混凝土灌注完毕后仍需保持孔内泥浆比重，现场采用泥浆泵增加循环时间。

临桩施工钻进时，桩间的间隙土将全部破坏，计算泥浆用量时需考虑此部分体积，施工时确保先施工桩体与正在施工的临桩孔内泥浆液面齐平并控制在地面以下1～1.5m范围内。

五、施工完毕后处理

由于二级基坑共有418根桩体，施工时划分4个区域，由4台徐工XR360机械施工，尽可能缩短施工工期，减少空桩存在时间。

全部桩体施工完毕后，采用灌注砂土置换出原孔内泥浆，此次一次性处理泥浆量大，施工组织要做好。

六、结语

此次施工由于是大基坑嵌套小基坑（小基坑自带支护）形式，相似工程国内并不多见，施工中无论是基坑围护结构、土方开挖支撑架设及结构施工均存在一定的困难，工序繁多，在施工阶段前期较难形成流水化作业，必须要基坑开挖暴露出较长一段后才能显现出全部作业内容。

二级基坑围护结构钻孔灌注桩施工，考虑到空桩长且是排桩形式，地层还有砂层，极易出现塌孔现象，施工综合了地下连续墙及咬合桩的一些施工理念，将所有桩位施工完毕后，空桩范围内形成一段充满泥浆类似于地连墙的槽段，确保桩位施工连续作业。在具体施工时，上述还有不足，比如混凝土灌注后钢筋笼吊筋仍需保持直立，防止侵入临桩施工范围内，损坏已成桩桩体及施工机械。

（作者单位：中铁十六局集团有限公司）